温度荷载作用下双块式无砟轨道道床板有限元分析 - 图文(10)

武汉理工大学硕士学位论文５．４无砟轨道的有限元分析本文无砟轨道主要考虑在不同季节（不同温度条件）下的三种计算。不同的温度会导致无砟轨道的不同变形，因此也导致不同的主要荷载的位置（车轴位置）。根据上一节中，采用道床板中最大线性温度梯度（１８．３Ｋ）考虑温度因素。温度梯度由模拟道床板顶部温度（１ｒｔ）和底部温度ｆｉｂ）的上限值与下限值确定。由于季节变化，这些提及的限值也是变化的。由于使用非线性计算方法，需要单独检验这些模型。由于温度引起的不同变形，只通过荷载组合进行叠加荷载是不可能的。此外，有必要采用“静荷载和温度荷载”的情况来确定“列车荷载”情况下的容许应力。５．４．１无砟轨道在夏季时的有限元分析５．４．１．１夏季加载夏季由于日照作用无砟轨道的底部比上部温度低，应用下面的温度梯度决定如下的升高变形和道床板的控制荷载。对称布置的车轴产生主控荷载。在加载条件下，中和变形与由温度产生的变形有关，因此增大的应力是最大的。目前无砟轨道在夏季时加载如图５．１２所示。５．一９．１１－－．．．．．．．＿－．－图５．１２夏季加载对于温度荷载，在夏季时Ｔｂ＜＇ｒｔ，因此给定Ｔｂ｝９．１５Ｋ，Ｔｔ．矽．１５Ｋ：对于列车荷载，双轨轴荷重为２５０．０ＫＮ，则单轨轴荷重为２５０１２＝１２５．０ＫＮ，考虑影响系数的单轨轴荷重为１２５ｘ１．５＝１８７．５ＫＮ。５．４．１．２结果分析（１）系统变形武Ⅸ理Ｔ大学碰ｆ‘学位论立由下图看出，图５．１３显示的系统在夏季加载时的变形与图５１２中假设的系统的变形基本一样，顶部温度较高，则表现为“膨胀”的趋势；底部温度较低，则表现为“收缩”的趋势。因此系统在夏季加载时的变形是合理的。图５１３夏季加载时的系统变形（２）位移响应无砟轨道在列车荷载及其温度荷载下，其结构的变形应满足殴计规范所规定的要求。从夏季加载时整体结构的位移响应看来，整体结构的变形基本上呈现对称分布，其中ｘ和Ｙ方向的位移都很小，最大的变形也不到Ｉｍｍ．这主要与ｘ，Ｙ方向没有荷载有关，而在ｚ轴方向轨枕，道床板和桥台在荷载作用下变形也很小，这是很合理的。因为本身桥台上的三个抗剪凸台不仅主要承担了道床板传下来的荷载，而且在很大程度上也限制了道床板的变形，所以轨枕，道床板和桥台在外载作用下变形不到ｌｍｍ。钢轨在外载作用下在ｚ方向最大的位移有２２ｍｍ，钢轨与轨枕之问弹性连接，其本身也可看作一个连续梁结构，在列车荷载作用下钢轨最大下降了２２ｍｍ是合理的。整体结构的位移变形合理，满足规范所规定的要求。武Ⅸ理１人学碗Ｉ学位论史焉●＝呀产案鼍曩寻＝—＝！，～◆婪＋◆．鼍’＝●恶严＝●烹气著÷丁＝：！＿～图５１４ａ整体结构ｘ方向位移图５１４ｂ控体结构Ｙ方向位移◆一◆。；≤’吾＝二‘、．罔５１４ｃ整体结构ｚ方向位移罔５１４ｄ整体结构总位移（３）应力啊应无砟轨道在列车荷栽及其温度荷载下，旨先钢轨的应力不能超过规范所规定的设计值，但是最重要的是，道床扳足一个混凝土结构，在使用过程中不能承受过大的拉应力，因此丰要检验道床板的拉应力是否满足规范的要求。从图５１５钢轨的Ｍｉｓｅｓ应力图看来，钢轨作为一个连续梁结构，在支席及集中荷载处，钢轨的弯矩订极值，凼此在这些位置钢轨的Ｍｉｓｅｓ应力比较大，从图中也可看ｉＩｊ这点，这样的内力分疖是很合理的，而Ｍｉｓｅｓ应力最大值为９０４ＭＰａ，小于２ｌＯＭＰａ，满足规范规定的设计值。武Ⅸ理１人学顶±学位论文！—烹墨羔羔ｉ霉ｉ＿＿ｉ篡烹墨…Ｊ图５．１５钢轨的Ｍｉｓｅｓ应力道床板作为混凝土结构，在所受外载情况下拉应力是导致其破坏的危险应力，而且其极值处必然山现在道床板顶部或者底部，因此本文讨论在道床板顶部和底部的拉应力，进而检验其是否满足规范要求。从图５１７ａ，５．１７ｂ．５１７ｃ看来，道床板项部在ｘ，Ｙ，ｚ方向的应力都表现为很好的对称性，ｘ方向虽大拉应力为１＿１４ＭＰａ，Ｙ方向最大拉应力为ｌ１１ＭＰａ，ｚ方向最大拉应力为１．２３ＭＰａ，出现在轨枕与道床扳的交界处。显然，我们在模拟的过程中用钢板代替了轨枕，在无砟轨道中仍然出现了应力集中，而这些麻力峰值显然不是真实的，可以忽略；从图５．１７ｄ，５．１７ｅ，５．１７ｆ看来，道床板底部在ｘ，Ｙ，ｇ方向的应力同样也表现为很好的对称性，ｘ方向最大拉应力为５．６９ＭＰａ，Ｙ方向最大拉应力为６７４ＭＰａ，ｚ方向最大拉应力为２４３ＭＰａ，而这些应山最大值点都出现在抗剪凸台对应的凹槽边缘处，都是应力集巾区域，这些应力值都是不真实的，应该忽略。综上，对于无砟轨道在夏季荷载作用下，道床板最大的拉应力出现在无砟轨道的底层，ｘ方向控制应力为３．７１ＭＰａ，Ｙ方向控制应力为３７４ＭＰａ，ｚ方向控制应力为１．３１ＭＰａ。武汉理Ｉ大学坝Ｉ学位论文ｉ：爹攀…秒＝轰，．锈夕曩曩＝簪ｆ五舞丐ｉ而《＝＝愚Ⅶ。！鸳等８≮ｉ煮＝：＝＝ｉｗ《：？２…图５．１７ｅ道床板底部Ｙ方向应力图图５．１７ｆ道床板底部２方向应力图